(57)【要約】【課題】アレイ長を長くすることなく、スピーカアレイやマイクロホンアレイの低音域での指向性を向上させるとともに、サイドローブのレベルの増大を回避する。【解決手段】スピーカアレイを形成する複数のスピーカの各々に接続された１次元デジタルフィルタに、それら１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタの周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、該複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性をその２次元デジタルフィルタに与えるフィルタ係数を設定する。【選択図】図２
2007135199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で直線状に配列された複数のスピーカと、前記複数のスピーカの各々に対応して設けられ、所定のフィルタ係数が予め設定されているとともに、入力された音声データに前記フィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して出力する１次元デジタルフィルタと、を備え、入力された音声信号にデジタル変換を施して得られる音声データを前記各１次元デジタルフィルタへ供給する一方、前記各１次元デジタルフィルタから出力された音声データにアナログ変換を施して得られる音声信号を、対応する前記スピーカへ供給しその音声信号に応じた音声を出力させるスピーカアレイにおいて、
前記各１次元デジタルフィルタに設定されているフィルタ係数は、
前記各１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタの周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、該複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性を前記２次元デジタルフィルタに与えるフィルタ係数である
ことを特徴とするスピーカアレイ。
【請求項２】
所定の間隔で直線状に配列された複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンの各々に対応して設けられ、所定のフィルタ係数が予め設定されているとともに、入力された音声データに前記フィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して出力する１次元デジタルフィルタと、を備え、前記複数のマイクロホンの各々から出力された音声信号にデジタル変換を施して得られる音声データを対応する前記１次元デジタルフィルタへ供給する一方、前記各１次元デジタルフィルタから出力された音声データの和信号を出力するマイクロホンアレイにおいて、
前記各１次元デジタルフィルタに設定されているフィルタ係数は、
前記各１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタの周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、該複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性を前記２次元デジタルフィルタに与えるフィルタ係数である
ことを特徴とするマイクロホンアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカアレイおよびマイクロホンアレイの指向性を向上させる技術に関し、特に、低音域における指向性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカやマイクロホンなどのトランスデューサを所定の間隔で直線状に複数配列して形成されるスピーカアレイやマイクロホンアレイを用いて特定の方向だけに音場を形成したり、特定の方向から到来する音声のみを収音したりする技術が一般に普及している。
ところで、この種のスピーカアレイやマイクロホンアレイにおいては、高音域から低音域までの広い帯域に渡って同一の指向特性を実現できることが望ましい。しかしながら、低音域の指向特性は、スピーカアレイやマイクロホンアレイのアレイ長（トランスデューサの個数にそのトランスデューサの配置間隔を乗算して得られる値）が大きい程向上するため（非特許文献１参照）、低音域で十分な指向性を確保するためにはスピーカアレイやマイクロホンアレイの装置サイズが大きくなってしまうといった問題点があった。
そこで、上記のような問題点を解決するための技術が従来より種々提案されており、その一例としては、非特許文献２に開示された技術が挙げられる。この非特許文献２には、スピーカアレイやマイクロホンアレイを構成する各トランスデューサに接続されているデジタルフィルタの振幅特性について、２次元周波数平面での空間周波数方向の断面が阻止域等リプル特性であるDolph-Chebyshevフィルタの振幅特性（または、その近似特性）となるように各デジタルフィルタのフィルタ係数を設定することによって、同一の指向特性を与え得る帯域を低音域側に拡張する技術が開示されている。
【非特許文献１】大賀寿郎、山崎芳男、金田豊“音響システムとデジタル信号処理”電子情報通信学会  １９９３−０５  ｐ１７６〜１８６
【非特許文献２】松本康志、西川清“一定サイドローブ量の指向性アレイスピーカの設計方法”電子情報通信学会  信学技報  ２００４−７４  ｐ１３〜１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、阻止域等リプル特性のリプルは、非物理領域（２次元周波数平面において、｜ｆ２｜＞ρ｜ｆ１｜の領域。ただし、ρ＝Ｄ／ｃＴ、Ｔ：サンプリング間隔、Ｄ：スピーカ間隔、ｃ：音速、ｆ１：規格化時間周波数、ｆ２：規格化空間周波数）以外の領域にも通常存在するため、低音域における指向性を向上させるために阻止域等リプルに大きな振幅を与えてしまうと、本来不要な指向特性であるサイドローブの振幅レベルが増大してしまうといった問題点があった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、アレイ長を長くすることなく、スピーカアレイやマイクロホンアレイの低音域での指向性を向上させるとともに、サイドローブの振幅レベルの増大を回避することを可能にする技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、所定の間隔で直線状に配列された複数のスピーカと、前記複数のスピーカの各々に対応して設けられ、所定のフィルタ係数が予め設定されているとともに、入力された音声データに前記フィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して出力する１次元デジタルフィルタと、を備え、入力された音声信号にデジタル変換を施して得られる音声データを前記各１次元デジタルフィルタへ供給する一方、前記各１次元デジタルフィルタから出力された音声データにアナログ変換を施して得られる音声信号を、対応する前記スピーカへ供給しその音声信号に応じた音声を出力させるスピーカアレイにおいて、前記各１次元デジタルフィルタに設定されているフィルタ係数は、前記各１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタの周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、該複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性を前記２次元デジタルフィルタに与えるフィルタ係数であることを特徴とするスピーカアレイを提供する。
【０００５】
また、上記課題を解決するために、本発明は、所定の間隔で直線状に配列された複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンの各々に対応して設けられ、所定のフィルタ係数が予め設定されているとともに、入力された音声データに前記フィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して出力する１次元デジタルフィルタと、を備え、前記複数のマイクロホンの各々から出力された音声信号にデジタル変換を施して得られる音声データを対応する前記１次元デジタルフィルタへ供給する一方、前記各１次元デジタルフィルタから出力された音声データの和信号を出力するマイクロホンアレイにおいて、前記各１次元デジタルフィルタに設定されているフィルタ係数は、前記各１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタの周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、該複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性を前記２次元デジタルフィルタに与えるフィルタ係数であることを特徴とするマイクロホンアレイを提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、アレイ長を長くすることなく、スピーカアレイやマイクロホンアレイの低音域での指向性を向上させるとともに、サイドローブのレベルの増大を回避することが可能になるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施する際の最良の形態について説明する。
（Ａ．第１実施形態）
（Ａ−１：構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るスピーカアレイ１００の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、このスピーカアレイ１００は、所定の間隔（本実施形態では、一定の間隔Ｄ）で直線状に配列されたトランスデューサ（本実施形態では、スピーカ）１１０−１、１１０−２…１１０−ｎと、それらスピーカと同数の１次元デジタルフィルタ１２０−１、１２０−２…１２０−ｎと、を有している。
【０００８】
図１のスピーカアレイ１００においては、外部音源（図示省略）から供給される音声信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器（図示省略）によってデジタルデータ（以下、音声データ）に変換され、その音声データが１次元デジタルフィルタ１２０−ｉ（ｉ：１〜ｎの自然数：以下、同じ）の各々へ供給される。
図１の１次元デジタルフィルタ１２０−ｉの各々には、本発明に係るスピーカアレイに特徴的なフィルタ係数が予め設定されている。これら１次元デジタルフィルタ１２０−ｉの各々は、上記Ａ／Ｄ変換器から引渡された音声データにそのフィルタ係数に応じたフィルタ処理を施して出力する。
そして、１次元デジタルフィルタ１２０−ｉの各々から出力された音声データは、Ｄ／Ａ変換器（図示省略）によって音声信号へと変換され、その１次元デジタルフィルタ１２０−ｉに対応するスピーカ１１０−ｉへ供給される。その結果、スピーカ１１０−ｉの各々からは、上記Ｄ／Ａ変換器から供給された音声信号に対応する音声が放音されることになる。
以上がスピーカアレイ１００の構成である。
【０００９】
以上に説明したように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００のハードウェア構成は、従来のスピーカアレイのハードウェア構成と何ら変わるところはない。しかしながら、本実施形態に係るスピーカアレイ１００においては、１次元デジタルフィルタ１２０−ｉの各々に、本発明に係るスピーカアレイに特徴的なフィルタ係数が予め設定されているため、それら１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタに本発明に係るスピーカアレイに特徴的な振幅特性が付与され、その振幅特性によって、本発明に係るスピーカアレイに特徴的な指向特性が実現されるようになっている。
以下、上記１次元デジタルフィルタ１２０−ｉにより形成される２次元デジタルフィルタの振幅特性およびその振幅特性により実現される指向特性について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、スピーカ１１０−ｉの各々は理想的な特性（すなわち、その指向特性が出力音声の周波数に依存しないといった特性）を有しているものとする。また、以下では、スピーカの配置間隔Ｄ＝０．０６８［ｍ］、サンプリング周波数ｆｓ＝６０８７［Ｈｚ］、ＦＩＲタップ数＝６１、ｎ（スピーカの個数）＝１５であるものとする。
【００１０】
（Ａ−２：２次元デジタルフィルタの振幅特性および指向特性）
図２から図６は、スピーカアレイ１００の２次元デジタルフィルタの振幅特性およびその振幅特性により実現される指向特性を表す図である。
図２は、１次元デジタルフィルタ１２０−ｉにより形成される２次元デジタルフィルタの振幅特性を２次元周波数平面で示した図であり、図３は、図２に示す振幅特性の一部（具体的には、規格化時間周波数ｆ１が０〜０．５の範囲で、かつ、規格化空間周波数ｆ２が０〜０．５の範囲）を等振幅特性図で表した図である。なお、規格化時間周波数とは、時間周波数を時間サンプリング間隔の逆数で規格化して得られる値であり、規格化空間周波数とは、空間周波数をスピーカの配置間隔Ｄの逆数で規格化して得られる値である。
図２および図３を参照すれば明らかなように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００では、阻止域の規格化時間周波数ｆ１が低い領域（例えば、ｆ１が０〜０．１である領域）に複数のリプルが設けられているとともに、その複数のリプルのうち非物理領域内のリプルには、大きな振幅（本実施形態では、“１”）が与えられており、物理領域内のリプルについては、その振幅が非物理領域内のリプルよりも低く抑えられている。なお、図２および図３を参照すれば明らかなように、非物理領域内のリプルについては振幅が略等しい等リプルであるため、図２および図３に示す振幅特性を阻止域２段等リプル特性と呼ぶ。
【００１１】
図４は、図２に示す振幅特性を、各スピーカ１１０−ｉとスピーカアレイ１００から出力される音声の観測点とを含む平面内でスピーカ１１０−ｉの配列方向と直角方向を０度とした場合にスピーカ配列の中央から見た観測点の方向の角度（図１の角度φ）についての周波数特性として示した図である。なお、図４では、φ＝０°、２４°、４０°、７０°および９０°についての周波数特性が示されている。
図４を参照すれば明らかなように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００から出力される音響ビームの振幅レベルは、その周波数が一定の値よりも高い場合には、φ＝２４°の方向については、φ＝０°方向に比較して振幅レベルが約６［ｄＢ］低下し、φ＝４０°、７０°および９０°方向については、φ＝０°方向に比較して振幅レベルが約２０［ｄＢ］低下していることが判る。
図５は、図２に示す振幅特性を、いくつかの周波数（２０２．１０７４２Ｈｚ、４０４．２１４８４Ｈｚ、４９９．３２４２２Ｈｚ、９９８．６４８４４Ｈｚ、１９９７．２９６９Ｈｚおよび２９９５．９４５３Ｈｚ）での指向特性として示した図である。
図４および図５を参照すれば明らかなように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００によれば、一定の値以上の周波数について、音響ビームの主ローブ幅を一定に保ちつつ、サイドローブのレベルを略一定（この場合−２０ｄB）に保つことが可能になっていることが判る。
【００１２】
図６は、本実施形態に係るスピーカアレイ１００と従来の矩形同相駆動（矩形の窓処理を施した信号による同相駆動）のスピーカアレイとについて、主ローブ幅（φ＝０°方向に比較して音響ビームの振幅が６［ｄＢ］低下する領域の幅を表す角度）を周波数毎にプロットした図である。図６を参照すれば明らかなように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００によれば、従来の矩形同相駆動のスピーカアレイに比較して低音域での主ローブ幅を狭くすることが可能になっていることが判る。
また、図６を参照すれば明らかなように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００では、例えば、主ローブ幅としてある値（例えば、８０°）が定められている場合に、その主ローブ幅での出力が可能な音響ビームの周波数の下限（すなわち、指向性スピーカアレイの帯域下端ｆＬ：詳細については、非特許文献２参照）が、従来の矩形同相駆動を行った場合に比較して低減していることが判る。より詳細に説明すると、非物理領域のリプルの振幅を“１”に設定した場合（図６：ｇａｉｎ１）には、従来の矩形同相駆動を行った場合に比較してスピーカアレイの帯域下端が２０．８％低減し、非物理領域のリプルの振幅を“２”に設定した場合（図６：ｇａｉｎ２）には、３２．８％低減している。つまり、本実施形態に係るスピーカアレイ１００によれば、従来の矩形同相駆動のスピーカアレイに比較して帯域下端を低減させること（すなわち、低音域の指向性を向上させること）が可能になっている。
【００１３】
以上に説明したように、本実施形態に係るスピーカアレイ１００においては、その２次元デジタルフィルタに、その周波数特性を２次元周波数平面で表した場合に、その空間周波数方向の断面において、阻止域に複数のリプルを有し、かつ、それら複数のリプルのうち非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている振幅特性（本実施形態では、図２に示す阻止域２段等リプル特性）を設定することによって、アレイ長を長くすることなく、スピーカアレイやマイクロホンアレイの低音域での指向性を向上させるとともに、サイドローブのレベルの増大を回避することが可能になっている。
次いで、図２に示すような阻止域２段等リプル特性を実現するための２次元デジタルフィルタの設計（すなわち、各１次元デジタルフィルタ１２０−ｉへ設定するべきフィルタ係数の算出）について説明する。
【００１４】
（Ａ−３：２次元デジタルフィルタの設計）
さて、前述した非特許文献２には、各スピーカに接続されている１次元デジタルフィルタ群により形成される２次元デジタルフィルタの振幅特性を２次元周波数平面で見た場合、スピーカアレイの出力を十分遠方の観測点で観測した場合の周波数特性は、２次元周波数平面において以下の数１で表される直線上に分布する振幅特性であることが開示されている。
（数１）  ｆ２＝ｆ１・Ｄ・sin（φ）／（ｃ・Ｔ）
但し、数１において、ｆ１は規格化時間周波数、ｆ２は規格化空間周波数、Ｄはトランスデューサ間隔、Ｔは時間サンプリング周期、ｃは音速である。
【００１５】
したがって、ある非規格化時間周波数ｆにおけるスピーカアレイの指向特性は、２次元周波数平面では、その非規格化時間周波数ｆに対応する規格化時間周波数ｆ１＝ｆ・Ｔで規定される直線上に、以下の数２で示される関係で分布しているといえる。
（数２）  φ＝sin-1{(ｆ２・ｃ・Ｔ）／（ｆ１・Ｄ）}
【００１６】
すなわち、各非規格化時間周波数ｆにおける所望の指向特性が、直線ｆ１＝ｆ・Ｔ上に上記数２で示される関係で分布するように２次元デジタルフィルタを設計することができれば、結果として所望の指向特性が得られることになる。非特許文献２には、上記のように２次元周波数平面の規格化空間周波数方向（すなわち、ｆ２方向）の断面に１次元のフィルタ特性を並べて２次元デジタルフィルタの目標特性を設定し、その目標特性に対して２次元フーリエ級数近似を施すことによって、ＦＩＲフィルタ係数を得る方法が開示されている。
【００１７】
より詳細に説明すると、非特許文献２には、（Ｎ２＋１）個のスピーカで形成されるスピーカアレイの設計条件として、音響ビーム中心φ０とビーム端角度（φｓ＋、φｓ−）および等リプルサイドローブの大きさ（振幅）δが与えられている場合の２次元デジタルフィルタの設計手順が開示されている。なお、以下では、φ０＝０°、φｓ＋＝φｓ、φｓ−＝−φｓである（すなわち、音響ビームがその中心（φ０＝０°）軸に対して対称である）とする。
【００１８】
非特許文献２に開示されている設計手順では、まず、図７（ｂ）に示すように、ｆ１＝−０．５〜０．５の範囲で２次元周波数平面をＭ１（本実施形態では、Ｍ１は偶数であるとする）分割し、各周波数ｆ１＝ｋ１／Ｍ１（ｋ１＝−Ｍ１／２〜Ｍ１／２の整数）での断面にDolph-Chebyshev特性を設計して以下の手順で並置することで目標ファンフィルタ特性とする。なお、以下はｆ１≧０の領域を前提とした説明である。
【００１９】
具体的には、まず、次数Ｎ２、阻止域リプルの大きさδのDolph-Chebyshevフィルタの特性を設計し、その阻止域端周波数ｆｓｔがφ＝φｓの直線（すなわち、ｆ２＝ｆ１・Ｄ・sin（φｓ）／（ｃ・Ｔ）で表される直線）に一致するときの周波数ｆｌを求める。次いで、ｆ１≧ｆｌの断面位置では、ｆ１＝ｆｌでの断面特性を、図７（ａ）に示すように、阻止域端がφ＝φｓの直線上に位置するようにｆ２方向に拡大して配置する。
一方、ｆ１＜ｆｌの断面位置に対しては、図８（ａ）に示すように、阻止域リプルを、その振幅をδから所定の許容値δＬまで少しずつ大きくしたDolph-Chebyshevフィルタ特性（ｆ２＝−０．５〜０．５）を置く。但し、どの断面においても阻止域端ｆｓｔがφ＝φｓの直線上に位置するように阻止域リプルを定める。そして、図８（ｂ）に示されているように、阻止域リプルδＬの特性が最初に置かれる周波数ｆ１の値をｆｕとして、ｆ１＜ｆｕではｆ１＝ｆｕの断面特性と同一の特性を置く。なお、図８（ｂ）のｆＬは、スピーカアレイの帯域下端であり、以下の数３により定まる値である。
（数３）  ｆＬ＝ｃ・Ｔ・ｆｃ／（Ｄｓｉｎ（φｓ））
但し、数３においてｆｃは、図８（ａ）に示されている阻止域リプルδＬのDolph-Chebyshevフィルタ特性の振幅半値周波数である。
以降、このようにして設定されたファンフィルタの目標振幅特性に対して２次元逆離散フーリエ変換を施すことにより、各１次元デジタルフィルタに設定するべきフィルタ係数が算出される。
【００２０】
これに対して、本実施形態に係るスピーカアレイ１００の２次元デジタルフィルタの設計では、図９（ｂ）に示すようにＭ１分割された２次元周波数平面において、ｆ１≧ｆｌでは阻止域の全域でリプルの小さい１次元フィルタを断面特性としておく一方、ｆ１＜ｆｌでは非物理領域（図中の斜線部）にだけ大きなリプルの１次元フィルタを断面に置く。図９（ａ）に示す２つの振幅特性はそれぞれの断面に置く１次元フィルタの振幅特性である。この２つの振幅特性の比較から判るように、非物理領域でリプルを大きくしたことで、そのリプルが占める周波数域が広くなり、逆に通過域が狭くなっている。そこで、本実施形態に係る２次元デジタルフィルタの設計では、非物理領域でのリプルの振幅が所定の最大値に達するまで、より低音域の時間周波数の断面位置に置く。
【００２１】
本実施形態では、図９（ａ）に示すような阻止域２段等リプル特性の１次元フィルタを設計するために、Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計アルゴリズムにしたがってフィルタ設計を行うプログラムを利用している。ここで、Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計アルゴリズムとは、Remez交換アルゴリズムと重み付きChebyshev 近似理論を用いて、希望する周波数応答と実際の周波数応答が最適になるようにフィルタを設計するアルゴリズムである。このアルゴリズムに従って設計されたフィルタは、希望する周波数応答と実際の周波数応答との間の最大誤差を最小にするという点で最適であるため、ミニマックスフィルタとも呼ばれることもある。また、このアルゴリズムに従って設計されたフィルタは、その周波数応答において等リプルを示すため、等リプルフィルタとしても知られている。なお、本実施形態では、阻止域２段等リプル特性の１次元フィルタの設計に、Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計アルゴリズムを用いる場合について説明するが、他のFIR フィルタ設計アルゴリズムを用いても良いことは勿論である。
【００２２】
図１０は、上記プログラムへ与えるパラメータと、その設計結果の特性を示す図である。図１０に示すように、本実施形態では、３つの近似帯域（通過域、阻止域１，阻止域２）を設定し、各近似帯域を規定するパラメータとして、各近似帯域の目標振幅（それぞれ１，０，０）、誤差リプル（それぞれδ1≒０、δ2=δ、δ3=δn）および重み（それぞれw1、w2、w3）を定め、δ1w1=δ2w2=δ3w3の条件の下で繰り返し近似を行ってフィルタ係数を定めることにより、１次元フィルタの設計を行っている。
【００２３】
図１１は、Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計アルゴリズムにしたがって設計された１次元フィルタと、Dolph-Chebyshev特性の１次元フィルタの設計例とを併記した図である。図１１を参照すれば明らかなように、前者の１次元フィルタでは、阻止域２のリプルを大きくしたことによって、通過域の幅が後者に比較して狭くなっていることが判る。このように通過域の幅を狭めるといった効果は、阻止域内のリプルの総数に占める非物理領域内のリプルの数が多い特性ほど顕著になる。なお、理論的には非物理領域のリプルについては、その振幅をいくらでも大きく設定することが可能であるが、実用的にはその上限値を適切に設定する必要があり、例えば、その上限値として“１”（すなわち、通過域の振幅に等しい値）や“２”（通過域の振幅の２倍の値）などを設定するようにすれば良い。
このようにして設計した２次元デジタルフィルタの目標振幅特性に対して２次元逆離散フーリエ変換を施すことによって、その２次元デジタルフィルタを形成する１次元デジタルフィルタの各々に設定するべきフィルタ係数が算出される。このようにして算出されたフィルタ係数を各１次元デジタルフィルタ１２０−ｉに設定することによって、それら１次元デジタルフィルタにより形成される２次元デジタルフィルタに図２に示す振幅特性が付与されることになる。
【００２４】
（Ａ−４：第１実施形態の効果）
以上に説明したように、物理領域の特性は指向特性に直接影響を与える一方、非物理領域における特性は指向特性に直接的には影響を与えないことから、本実施形態に係るスピーカアレイ１００においては、阻止域２段等リプル特性の１次元フィルタを用いることにより、最終的なフィルタ係数の特性として、特に低域においてサイドローブのレベルを低く保ったまま、主ローブの幅を低減することが可能である。
【００２５】
また、本実施形態によれば、ｆ１に応じて上記１次元フィルタを最適に調整することにより、従来より低い帯域においてもサイドローブの影響を低く保ったまま主ローブの幅を一定とすることが可能になる。前述したように、主ローブの幅は非物理領域内のリプルの個数やその振幅に依存するため、ｆ１に応じて必要な指向特性が得られるように非物理領域のリプルに設定する振幅とその個数を調整することによって、従来よりも低い帯域で主ローブの幅を一定とすることが可能になる。
【００２６】
また、時間周波数が比較的高い領域（例えば、非特許文献２においてｆｌ≦ｆ１で規定される領域）については、非物理領域のリプルの振幅を大きくしなくても主ローブの幅を十分狭くすることが可能であるため、阻止域２段等リプル特性に替えて、例えば非特許文献２に開示されているDolph-Chebyshev特性を用いるようにしても良い。また、このような領域について、非特許文献２に開示されているように主ローブの幅を時間周波数に依存しないように設定すれば、本実施形態による低域での特性改善と合わせて、従来より広い帯域で時間周波数に依存しない指向特性を得ることが可能になる。
【００２７】
（Ｂ．第２実施形態）
次いで、本発明の第２実施形態に係るマイクロホンアレイ２００について説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係るマイクロホンアレイ２００の構成例を示す図である。図１２と図１とを比較すれば明らかなように、マイクロホンアレイ２００の構成が、スピーカアレイ１００の構成と異なっている点は、スピーカ１１０−ｉ（ｉ：１〜ｎの自然数）に替えて、収音した音声に対応する音声信号を出力するマイクロホン２１０−ｉ（ｉ：１〜ｎの自然数）を設けた点である。
このマイクロホンアレイ２００においては、マイクロホン２１０−ｉから出力された音声信号は、図示せぬＡ／Ｄ変換器によって音声データへと変換され、１次元デジタルフィルタ１２０−ｉへ入力される。そして、各１次元デジタルフィルタ１２０−ｉによって前述したフィルタ処理が施され、各１次元デジタルフィルタから出力されたフィルタ処理済みの音声データが図示せぬ加算器によって足し合わせ、その加算結果である和信号が出力される。
【００２８】
さて、マイクロホンアレイにおいては、図１２に示す角度φ方向から到来する平面波の時間周波数特性は、そのマイクロホンアレイを構成する各マイクロホン（本実施形態では、マイクロホン２１０−ｉ）に接続されている１次元デジタルフィルタ群の振幅特性を２次元周波数平面で見た場合に、前述した数２で示される直線上に分布することが一般に知られている。このため、１次元デジタルフィルタ１２０−ｉの各々に、前述した第１実施形態にて説明したフィルタ係数を設定しておくことによって、マイクロホンアレイ２００の指向特性について前述した第１実施形態と同一の効果（すなわち、アレイ長を長くすることなく、マイクロホンアレイの低音域での指向性を向上させるとともに、サイドローブのレベルの増大を回避するといった効果）を得ることが可能になる。
【００２９】
（Ｃ．変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態に以下に説明するような変形を加えても良いことは勿論である。
（１）上述した実施形態では、通過域の中心軸に対して対称な音響ビームを形成する場合について説明したが、上記対称軸に対して非対称な音響ビームを形成することも可能である。
【００３０】
（２）上述した実施形態では、スピーカ１１０−ｉやマイクロホン２１０−ｉが理想的な特性を有している場合について説明した。しかしながら、スピーカやマイクロホンなどトランスデューサは、周波数別指向特性を有していることが一般的であるから、２次元デジタルフィルタに付与すべき振幅特性（すなわち、各１次元デジタルフィルタ１２０−ｉに設定すべきフィルタ係数）を、トランスデューサの周波数別指向特性を加味して決定するようにしても良い。このようなことは、例えば、「西川清、大崎貴也“２次元デジタルフィルタを用いた指向性アレイスピーカ”（１９９５）」に開示された方法と同様の方法を適用することにより可能である。
【００３１】
（３）上述した実施形態では、阻止域のうち非物理領域に振幅の大きな等リプルを設け、物理領域には、非物理領域内のリプルよりも小さい振幅（上述した実施形態では、“δ＝０．１”）を有するリプルを設ける阻止域２段等リプル特性の振幅特性を２次元デジタルフィルタに与える場合について説明した。しかしながら、非物理領域内のリプルについては、必ずしも等リプルである必要はない。例えば、図１３に示すように、非物理領域内の阻止域（図１３の阻止域２）に、通過域よりも大きな振幅を有するリプルと、そのリプルよりも振幅が小さく、かつ、物理領域内の阻止域（図１３の阻止域１）のリプルよりも大きな振幅を有するリプルとを設ける阻止域多段等リプル特性であっても良い。要は、本発明に係るスピーカアレイやマイクロホンアレイの２次元デジタルフィルタの周波数特性は、阻止域に複数のリプルを設けるとともに、非物理領域内のリプルの振幅が物理領域内のリプルの振幅よりも大きくなっている周波数特性であれば良い。
【００３２】
（４）上述した実施形態では、２次元デジタルフィルタを形成する各１次元デジタルフィルタに、本発明に係るスピーカアレイに特徴的なフィルタ係数を予め設定しておく場合について説明したが、本発明に係るスピーカアレイやマイクロホンアレイを使用する度に、上記フィルタ係数を逐次算出して設定するようにしても良い。このようにすると、例えばコンサートホールなどの音響空間に本発明に係るスピーカアレイやマイクロホンアレイを設置して使用する場合に、その音響空間の広さや形状などその音響空間の音響特性に応じた指向特性を適切に設定することが可能になる。
また、上記各１次元デジタルフィルタに設定するフィルタ係数を、スピーカアレイやマイクロホンアレイの外部から与えるようにしても良い。具体的には、スピーカアレイやマイクロホンアレイに、例えばＮＩＣ（Network Interface Card）などの通信手段と、その通信手段を用いて通信網経由で取得したフィルタ係数を上記各１次元デジタルフィルタに設定するフィルタ係数設定手段とを設けるようにしても良く、また、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk - Read Only Memory）などのコンピュータ装置読取り可能な記録媒体からデータを読取る読取り手段を上記通信手段に替えて設けるとともに、上記記録媒体に上記フィルタ係数を書き込んで配布し、上記読取り手段によって読取ったフィルタ係数を上記フィルタ係数設定手段によって各１次元デジタルフィルタに設定するようにしても勿論良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピーカアレイ１００の電気的な構成を表すブロック図である。
【図２】同スピーカアレイ１００の２次元デジタルフィルタの振幅特性の一例を２次元周波数平面を用いて表した図である。
【図３】同振幅特性の一部を等振幅特性図で示した図である。
【図４】同スピーカアレイ１００の振幅特性を所定の角度毎にプロットした図である。
【図５】同スピーカアレイ１００の指向特性を所定の周波数毎にプロットした図である。
【図６】同スピーカアレイ１００から出力される音響ビームの周波数とその音響ビームの主ローブ幅との関係を示した図である。
【図７】ｆ１≧ｆｌでの断面特性について非特許文献２に開示されている設計方法を説明するための図である。
【図８】ｆ１＜ｆｌでの断面特性について非特許文献２に開示されている設計方法を説明するための図である。
【図９】本実施形態に係る断面特性の設計方法を説明するための図である。
【図１０】Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計プログラムによる１次元フィルタの設計結果の特性を示すための図である。
【図１１】Parks&McClellanの等リプルフィルタ設計プログラムによる１次元フィルタの設計例とDolph-Chebyshev特性の１次元フィルタの設計例とを示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るマイクロホンアレイ２００の電気的な構成を示す図である。
【図１３】変形例（３）に係る周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００…スピーカアレイ、１１０−ｉ（ｉ：１〜ｎの自然数）…スピーカ、１２０−ｉ…１次元デジタルフィルタ、２００…マイクロホンアレイ、２１０−ｉ…マイクロホン。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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